Linux进程控制——exec函数族

你的名字 2022-06-12 10:37 198阅读 0赞

1、简介

在Linux中，并不存在exec()函数，exec指的是一组函数，一共有6个，分别是：

\#include <unistd.h>

extern char \*\*environ;

int execl(const char \*path, const char \*arg, ...);

int execlp(const char \*file, const char \*arg, ...);

int execle(const char \*path, const char \*arg, ..., char \* const envp\[\]);

int execv(const char \*path, char \*const argv\[\]);

int execvp(const char \*file, char \*const argv\[\]);

int execve(const char \*path, char \*const argv\[\], char \*const envp\[\]);

其中只有execve是真正意义上的系统调用，其它都是在此基础上经过包装的库函数。

exec函数族的作用是 **根据指定的文件名找到可执行文件，并用它来取代调用进程的内容** **，换句话说，就是在调用进程内部执行一个可执行文件**。这里的可执行文件既可以是 **二进制文件**，也可以是任何Linux下可执行的 **脚本文件**。

函数名与参数的关系：

细看一下，这6个函数都是以exec开头（表示属于exec函数组），前3个函数接着字母l的，后3个接着字母v的，我的理解是l表示list（列举参数），v表示vector（参数向量表）

。它们的区别在于， execv开头的函数是以"char \*argv\[\]"(vector)形式传递命令行参数，而execl开头的函数采用了罗列(list)的方式，把参数一个一个列出来，然后以一个NULL表示结束。这里的NULL的作用和argv数组里的NULL作用是一样的。

字母p是指在环境变量PATH的目录里去查找要执行的可执行文件。2个以p结尾的函数execlp和execvp，看起来，和execl与execv的差别很小，事实也如此，它们的区别从第一个参数名可以看出： 除execlp和execvp之外的4个函数都要求，它们的第1个参数path必须是一个完整的路径，如"/bin/ls"；而execlp和execvp的第1个参数file可以仅仅只是一个文件名，如"ls"，这两个函数可以自动到环境变量PATH指定的目录里去查找。

字母e是指给可执行文件指定环境变量。在全部6个函数中，只有execle和execve使用了char \*envp\[\]传递环境变量，其它的4个函数都没有这个参数，这并不意味着它们不传递环境变量， 这4个函数将把默认的环境变量不做任何修改地传给被执行的应用程序。而execle和execve用指定的环境变量去替代默认的那些。

返回值

与一般情况不同，exec函数族的函数执行 **成功后不会返回**，因为调用进程的实体，包括代码段，数据段和堆栈等都已经被新的内容取代，只有进程ID等一些表面上的信息仍保持原样。 **调用失败时，会设置errno并返回-1，然后从原程序的调用点接着往下执行**。

与其他系统调用比起来，exec很容易失败，被执行文件的位置，权限等很多因素都能导致调用失败。因此，使用exec函数族时，一定要加错误判断语句。最常见的错误：

找不到文件或路径，此时errno被设置为ENOENT；

数组argv和envp忘记用NULL结束，此时errno被设置为EFAULT；

没有对要执行文件的运行权限，此时errno被设置为EACCES。

2、应用

如果一个进程想执行另一个程序，它就可以fork或vfork出一个新进程，然后调用任何一个exec函数。

为此，Linux还专门对fork作了优化：通常fork会将调用进程的所有内容原封不动的拷贝到新产生的子进程中去，这些拷贝的动作很消耗时间，而如果fork完之后我们马上就调用exec，那这些辛辛苦苦拷贝来的东西就会被立刻抹掉，这看起来非常不划算，于是人们设计了一种" **写时复制（copy-on-write）**"技术，使得fork结束后并不立刻复制父进程的内容到子进程，而是到了真正使用时才复制，这样如果下一条语句是exec，它就不会作无用功了。其实"写时复制"还是有复制，进程的mm结构、页表都还是被复制了（"写时复制"也必须由这些信息来支撑。否则内核捕捉到CPU访存异常，怎么区分 这是“写时复制”引起的，还是真正的越权访问呢？）。

而vfork就把事情做绝了，所有有关于内存的东西都不复制了， **父子进程的内存是完全共享的**。但是这样一来又有问题了，虽然用户程序可以设计很多方法来避免父子进程间的访存冲突。但是关键的一点，父子进程共用着栈，这可不由用户程序控制的。一个进程进行了关于函数调用或返回的操作，则另一个进程的调用栈 （实际上就是同一个栈）也被影响了。这样的程序没法运行下去。所以，vfork有个限制，子进程生成后，父进程在vfork中被内核挂起，直到子进程有了自己的内存空间（exec\*\*）或退出(\_exit)。并且， 在此之前，子进程不能从调用vfork的函数中返回（同时，不能修改栈上变量、不能继续调用除\_exit或exec系列之外的函数，否则父进程的数据可能 被改写）。

尽管限制很多，vfork后马上exec效率会比fork高不少。

1.  /\* exec.c \*/  
    
2.  \#include <unistd.h>  
    
3.  void main(void)  
    
4.  \{   
    
5.  char \*envp\[\] = \{ "PATH=/tmp", "USER=lingdxuyan", "STATUS=testing", NULL\};  
    
6.  char \*argv\_execv\[\] = \{ "echo", "excuted by execv", NULL\};  
    
7.  char \*argv\_execvp\[\] = \{ "echo", "executed by execvp", NULL\};  
    
8.  char \*argv\_execve\[\] = \{ "env", NULL\};  
    
9.    
    
10. if (fork() == 0)  
    
11. if (execl("/bin/echo", "echo",  "executed by execl",  NULL) < 0)  
    
12. perror("Err on execl");  
    
13.   
    
14. if (fork() == 0)  
    
15. if (execlp("echo", "echo",  "executed by execlp",  NULL) < 0)  
    
16. perror("Err on execlp");  
    
17.   
    
18. if (fork() == 0)  
    
19. if (execle("/usr/bin/env", "env",  NULL, envp) < 0)  
    
20. perror("Err on execle");  
    
21.   
    
22. if (fork() == 0)  
    
23. if (execv("/bin/echo", argv\_execv) < 0)  
    
24. perror("Err on execv");  
    
25.   
    
26. if (fork() == 0)  
    
27. if (execvp("echo", argv\_execvp) < 0)  
    
28. perror("Err on execvp");  
    
29.   
    
30. if (fork() == 0)  
    
31. if (execve("/usr/bin/env", argv\_execve, envp) < 0)  
    
32. perror("Err on execve");  
    
33. \}

由于各个子进程执行的顺序无法控制，所以有可能出现一个比较混乱的输出--各子进程打印的结果交杂在一起，而不是严格按照程序中列出的次序。若将程序中fork都改为vfork，则各个exec执行的程序将按序执行。